1 引言

　　逆變技術(shù)作為光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)，它將太陽(yáng)能電池的直流電能變換成與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電能饋入電網(wǎng)。并網(wǎng)逆變器作為太陽(yáng)能電池與電網(wǎng)的接口裝置，在新能源的開(kāi)發(fā)和利用中起著至關(guān)重要的作用，光伏產(chǎn)業(yè)也將在21世紀(jì)得到推廣。現(xiàn)代逆變技術(shù)為光伏逆變提供了強(qiáng)有力的理論支持，半導(dǎo)體器件技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)為并網(wǎng)逆變的研究提供了技術(shù)支持。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器大多采用工作在spwm狀態(tài)的全橋式逆變方案。如何提高逆變器的性能，提高開(kāi)關(guān)頻率，提高逆變器的功率密度，同時(shí)滿足電能質(zhì)量要求成為近年研究的熱點(diǎn)，逆變器正朝著高功率密度、高變換效率、高可靠性、智能化的方向發(fā)展。

　　本文從介紹并網(wǎng)逆變器類型著手，對(duì)并網(wǎng)逆變器的工作原理、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并對(duì)光伏陣列輸出的最大功率跟蹤mppt及并網(wǎng)系統(tǒng)中孤島效應(yīng)做了簡(jiǎn)單的介紹。最后展望了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器朝著高性能、高效率、智能化的方向發(fā)展的趨勢(shì)。

　　2 逆變器類型

　　根據(jù)采用隔離變壓器的類型，并網(wǎng)逆變可分為低頻環(huán)節(jié)、高頻環(huán)節(jié)以及非隔離型并網(wǎng)逆變。低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器采用工頻變壓器作為與電網(wǎng)的接口，因此存在體積和重量大、音頻噪音大的缺點(diǎn);而非隔離型并網(wǎng)在一些國(guó)家禁止使用，因此現(xiàn)在普遍采用直接掛在電網(wǎng)上運(yùn)行的高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器。

　　并網(wǎng)逆變器按輸入控制方式可以分為電壓源型逆變器和電流源型逆變器。以電流源為輸入的逆變器，其直流側(cè)需要串聯(lián)一個(gè)大電感來(lái)提供比較穩(wěn)定的直流電流輸入，但串入大電感往往會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)差，因此當(dāng)前世界范圍內(nèi)大部分并網(wǎng)逆變器均采用以電壓源輸入為主的方式。

　　并網(wǎng)逆變器按輸出控制模式可以分為電壓型控制模式和電流型控制模式。電壓型控制模式的原理是以輸出電壓作為控制量，系統(tǒng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的電壓信號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)阻很小的受控電壓源;電流型控制模式的原理則是以輸出電感電流作為控制目標(biāo)，系統(tǒng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的電流信號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)阻較大的受控電流源。在電壓型控制模式中，逆變器輸出的是標(biāo)準(zhǔn)正弦脈寬調(diào)制信號(hào)，因此并網(wǎng)電流的質(zhì)量完全取決于電網(wǎng)電壓的質(zhì)量，只有當(dāng)電網(wǎng)電壓質(zhì)量很高時(shí)，才能得到高質(zhì)量的并網(wǎng)電流。如果電網(wǎng)電壓受到干擾或出現(xiàn)不平衡時(shí)，由于并網(wǎng)逆變器對(duì)電網(wǎng)呈低阻抗特性，所以并網(wǎng)電流相應(yīng)的也會(huì)受到干擾。而在電流型控制模式中，輸出電流是受控量，它的質(zhì)量受電網(wǎng)電壓的影響較小，這是因?yàn)閷?duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)并網(wǎng)逆變器呈高阻抗特性。所以采用電流型并網(wǎng)模式可以減小電網(wǎng)電壓的擾動(dòng)對(duì)并網(wǎng)電流的影響，從而改善并網(wǎng)電流的質(zhì)量。

　　若按逆變器主電路的結(jié)構(gòu)來(lái)分，三相電壓型逆變器主要分為組合式逆變器、半橋式逆變器和全橋式逆變器。

　　組合式逆變器的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由完全相同的三個(gè)單相逆變器星形聯(lián)結(jié)構(gòu)成，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)單相和三相四線制供電。該電路結(jié)構(gòu)不但具有極強(qiáng)的帶不平衡負(fù)載的能力，而且還可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。但是這種電路結(jié)構(gòu)的不足之處是所需元器件數(shù)多、成本高。

　　三相半橋式逆變器由三個(gè)單相半橋式逆變器組合而成，如圖2所示。該逆變器的特點(diǎn)：

　　(1)若串聯(lián)的兩個(gè)電解電容足夠大，則可以保證中點(diǎn)的電位不偏移，具有很強(qiáng)的帶不平衡負(fù)載的能力，但是也大大的增加了系統(tǒng)的體積和重量;

　　(2)輸入直流電壓利用率較低。相同的輸出電壓，三相半橋逆變器所需的直流輸入電壓是三相全橋逆變電路的倍。

　　三相全橋式逆變器具有電路拓?fù)浜?jiǎn)單、易于控制、功率開(kāi)關(guān)器件電壓應(yīng)力低等優(yōu)點(diǎn)，還可以采用諧振緩沖技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)器件的軟開(kāi)關(guān)，不足之處是帶不平衡負(fù)載的能力較弱，如圖3所示。大功率的并網(wǎng)逆變器為了避免直流側(cè)電壓產(chǎn)生較大的脈動(dòng)基本上都使用三相逆變結(jié)構(gòu)。

　　3 光伏并網(wǎng)逆變器工作原理

　　逆變器由igbt等功率開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成，控制電路使開(kāi)關(guān)元件有一定規(guī)律的連續(xù)開(kāi)通或關(guān)斷，使輸出電壓極性正負(fù)交替，將直流輸入轉(zhuǎn)換為交流輸出。光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器一般采用各種優(yōu)化的pwm(脈沖寬度調(diào)制)策略來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)給定的電流波形進(jìn)行跟蹤，將矩形波的交流電轉(zhuǎn)換為正弦波交流電，功率的控制則是通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)的跟蹤實(shí)現(xiàn)。本文所研究的光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置選擇三相全橋式逆變電路，如圖4所示，由于太陽(yáng)能電池一般是電壓源，因此逆變器的主電路采用電壓型，在與外電網(wǎng)相聯(lián)時(shí)，為電壓型電流控制方式。三相全橋逆變器將光伏陣列的直流電壓變?yōu)楦哳l三項(xiàng)斬波電壓，濾波環(huán)節(jié)采用lcl濾波器，lcl濾波器相比傳統(tǒng)的單l濾波器有以下優(yōu)點(diǎn)：lcl在高頻段的衰減性能更好，以-60db/dec的速度衰減;其次lcl是三階濾波器，所以對(duì)于同樣的諧波標(biāo)準(zhǔn)和較低的開(kāi)關(guān)頻率，可以使用較小的電感，在大功率場(chǎng)合可以相對(duì)的減小系統(tǒng)的體積和成本;最后對(duì)于同樣的性能指標(biāo)要求，可以通過(guò)加大支路電容的方法進(jìn)一步減小電感值。通過(guò)濾波器濾波變成正弦波電流后，再經(jīng)過(guò)工頻隔離變壓器隔離升壓后產(chǎn)生6kv(10kv)/50hz的工頻交流電，送入電網(wǎng)。逆變環(huán)節(jié)的核心是通過(guò)電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，來(lái)完成逆變的功能，它需要控制回路來(lái)完成，通常采取電壓外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制模式，控制信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理芯片來(lái)完成對(duì)主電路的控制。逆變器并網(wǎng)運(yùn)行的主要控制目標(biāo)是逆變器輸出正弦波電流與電網(wǎng)電壓在頻率、相位上同步，并且能實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)參數(shù)的變化，且電流的總畸變失真要低，以減小對(duì)電網(wǎng)的諧波影響，使并網(wǎng)系統(tǒng)的有功功率輸出達(dá)到最大，功率因數(shù)接近于1。由于電壓控制不能使系統(tǒng)同時(shí)保證響應(yīng)速度和穩(wěn)定性的要求，所以其控制通常采取電流控制方式。